TJA1145高速CAN收发器：汽车网络应用的理想之选

在汽车电子领域，CAN（Controller Area Network）总线作为一种广泛应用的通信协议，对于实现车辆各系统之间的高效通信至关重要。NXP推出的TJA1145高速CAN收发器，凭借其出色的性能和丰富的功能，成为了汽车高速CAN网络的理想选择。今天，我们就来深入了解一下这款收发器。

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一、产品概述

TJA1145是一款高速CAN收发器，它为CAN协议控制器和物理双线CAN总线之间提供了接口。该收发器专为汽车行业的高速CAN应用而设计，具备差分发送和接收能力，可与带有CAN协议控制器的微控制器配合使用。

其显著特点包括：在待机和睡眠模式下功耗极低；支持ISO 11898 - 2:2016标准的CAN部分网络功能，通过选择性唤醒功能实现节能；TJA1145/FD变体还具备“FD - passive”功能，可在睡眠/待机模式下忽略CAN FD帧，适用于同时支持CAN FD和标准CAN 2.0通信的网络。此外，它还拥有先进的电源管理系统，能调节节点的电源供应，支持本地和远程唤醒功能，并且I/O电平可自动调整以适应控制器的I/O电平，可直接与3.3V至5V的微控制器接口。

二、产品特性与优势

2.1 通用特性

• 标准兼容性：符合ISO 11898 - 2:2016和SAE J2284 - 1至SAE J2284 - 4标准，保证了数据速率高达2 Mbit/s时的通信可靠性。
• 自主总线偏置：根据ISO 11898 - 2:2016实现自主总线偏置，优化了车载高速CAN通信。
• 避免误唤醒：TJA1145/FD变体不会因CAN FD而产生“误唤醒”现象。

2.2 汽车应用设计

• 静电放电保护：CAN总线引脚具有±8 kV（人体模型HBM）的静电放电保护，BAT和WAKE引脚以及CAN总线引脚具有±6 kV（IEC 61000 - 4 - 2）的静电放电保护。
• 短路保护：CAN总线引脚具备±58 V的短路保护能力。
• 瞬态保护：电池和CAN总线引脚根据ISO 7637 - 3标准，对测试脉冲1、2a、3a和3b具备瞬态保护。
• 系统适用性：适用于12V和24V系统。
• 封装形式：提供SO14和无铅HVSON14（3 mm × 4.5 mm）封装，具有更好的自动光学检测（AOI）能力。
• 质量认证：通过AEC - Q100认证，为汽车应用提供了可靠的质量保障。
• 环保特性：属于暗绿色产品，无卤素且符合有害物质限制（RoHS）标准。

2.3 先进的ECU电源管理系统

• 低功耗模式：具备极低电流的待机和睡眠模式，同时拥有完整的唤醒能力。
• 电源控制：可通过抑制输出关闭整个节点的电源。
• 唤醒方式：支持通过标准CAN唤醒模式或ISO 11898 - 2:2016标准的选择性唤醒帧检测实现远程唤醒，也可通过WAKE引脚实现本地唤醒。
• 唤醒源识别：能够识别唤醒源。
• 数据速率支持：在选择性唤醒期间支持50 kbit/s、100 kbit/s、125 kbit/s、250 kbit/s、500 kbit/s和1 Mbit/s的比特率。
• 功耗控制：可禁用本地和/或远程唤醒以降低电流消耗。
• 电池移除处理：当电池供电移除时，收发器会与总线断开连接。
• 接口兼容性：VIO输入允许直接与3.3V至5V的微控制器接口。

2.4 保护与诊断功能

• SPI接口：提供16位、24位或32位的SPI接口，用于配置、控制和诊断。
• 发送数据超时：具备发送数据（TXD）主导超时功能，并可进行诊断。
• 过温保护：提供过温警告和关闭功能。
• 欠压检测：可检测VCC、VIO和BAT引脚的欠压情况，并进行恢复。
• 冷启动诊断：通过PO和NMS位进行冷启动诊断。
• 中断处理：具备先进的系统和收发器中断处理能力。

三、关键参数

3.1 快速参考数据

符号	参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
V BAT	电池供电电压		4.5	-	28	V
V CC	供电电压		4.5	-	5.5	V
V IO	V IO引脚供电电压		2.85	-	5.5	V
V th(det)poff	电源关闭检测阈值电压	V BAT下降	2.8	-	3	V
V uvd(VCC)	VCC引脚欠压检测电压		4.5	-	4.75	V
V uvd(VIO)	VIO引脚欠压检测电压	V BAT > 4.5 V	2.7	-	2.85	V
I BAT	电池供电电流	正常模式	-	1	1.5	mA
	睡眠模式；CAN离线模式；− 40 °C < T vj < 85 °C；V BAT = 7 V至18 V	-	40	59	μA
	待机模式；CAN离线模式；− 40 °C < T vj < 85 °C；V BAT = 7 V至18 V	-	44	68	μA
I CC	供电电流	CAN活动模式；CAN隐性；V TXD = V IO	-	3	6	mA
	CAN活动模式；CAN显性；V TXD = 0 V	-	45	65	mA
	待机/正常模式；CAN非活动；− 40 °C < T vj < 85 °C	-	4.7	8.5	μA
	睡眠模式；CAN非活动；− 40 °C < T vj < 85 °C	-	3.8	7	μA
I IO	V IO引脚供电电流	待机/正常模式；− 40 °C < T vj < 85 °C	-	7.1	11	μA
	睡眠模式；− 40 °C < T vj < 85 °C	-	5	8	μA
V ESD	静电放电电压	IEC 61000 - 4 - 2，CANH、CANL引脚	− 6	-	+6	kV
V CANH	CANH引脚电压		− 58	-	+58	V
V CANL	CANL引脚电压		− 58	-	+58	V
T vj	虚拟结温		− 40	-	+150	°C

3.2 热特性

符号	参数	条件	典型值	单位
R th(vj - a)	从虚拟结到环境的热阻	SO14	106	K/W
		HVSON14	60	K/W

3.3 静态特性

静态特性涵盖了各种引脚的电压、电流、电阻等参数，如CAN总线引脚的输出电压、输入电阻，SPI接口的开关阈值电压等，这些参数确保了收发器在不同工作条件下的稳定性能。

3.4 动态特性

动态特性包括启动时间、欠压检测延迟时间、SPI接口和CAN收发器的各种时序参数等。例如，启动时间从V BAT超过电源开启检测阈值到INH激活的典型值为2.8 ms，CAN收发器从TXD到总线的延迟时间等参数也都有明确规定，这些参数对于保证通信的及时性和准确性至关重要。

四、工作模式

4.1 系统控制器工作模式

TJA1145的系统控制器支持五种工作模式：正常、待机、睡眠、过温和关闭。

• 正常模式：为活跃工作模式，此时TJA1145完全运行，所有设备硬件均可使用。可通过SPI命令（MC = 111）从待机或睡眠模式切换到正常模式。
• 待机模式：是一级节能模式，电流消耗低。在此模式下，收发器无法发送或接收数据，但INH引脚保持活跃，由该引脚控制的电压调节器将处于工作状态。若启用远程CAN唤醒（CWE = 1），接收器会监测总线活动以获取唤醒请求。
• 睡眠模式：是二级节能模式，与待机模式类似，但INH引脚设置为高阻态，由该引脚控制的电压调节器将关闭，BAT引脚的电流将降至最低。任何启用的唤醒或中断事件（除SPIF外），或SPI命令（前提是连接了有效的V IO电压）都可将收发器从睡眠模式唤醒。
• 关闭模式：当电池电压过低无法为IC供电时，TJA1145处于关闭模式。这是电池首次连接时的默认模式。当电池电压下降到电源关闭阈值以下时，TJA1145将从任何模式切换到关闭模式。
• 过温模式：为防止TJA1145因过热受损而设置。当全局芯片温度超过过温保护激活阈值时，TJA1145将立即从正常模式切换到过温模式。在此模式下，CAN发射器和接收器将被禁用，CAN引脚处于高阻态。

4.2 CAN收发器工作模式

CAN收发器支持四种工作模式：活动、监听、离线和离线偏置。

• CAN活动模式：收发器可通过CANH和CANL发送和接收数据。当CMC = 01或10时可选择此模式，且在不同条件下有不同的工作表现。
• CAN监听模式：允许TJA1145在收发器不活跃时监测总线活动，而不影响总线电平，可用于开发工具或软件驱动的选择性唤醒。
• CAN离线和离线偏置模式：在CAN离线模式下，若启用CAN唤醒检测（CWE = 1），收发器将监测CAN总线的唤醒事件，CANH和CANL偏置到GND；CAN离线偏置模式与CAN离线模式类似，但CAN总线偏置到2.5 V。
• CAN关闭模式：当TJA1145切换到关闭或过温模式，或V BAT低于CAN接收器欠压检测阈值时，CAN收发器将完全关闭，总线线路浮空。

五、CAN部分网络功能

5.1 唤醒帧

唤醒帧是符合ISO 11898 - 1:2015的CAN帧，由标识符字段（ID）、数据长度代码（DLC）、数据字段和循环冗余校验（CRC）代码组成。通过帧控制寄存器中的IDE位可选择唤醒帧的格式（标准11位或扩展29位）。有效唤醒帧的标识符存储在ID寄存器中，可通过ID掩码定义一组标识符，使单个节点能够识别多个有效标识符。数据字段用于指示要唤醒的节点，通过与数据掩码比较，可同时唤醒多个节点组。

5.2 CAN FD帧

CAN FD即“具有灵活数据速率的CAN”，TJA1145x/FD变体支持FD - passive功能。当CFDC = 1时，每次接收到CAN FD帧的控制字段时，错误计数器会递减，TJA1145x/FD在启用部分网络的情况下保持低功耗模式。CAN FD帧不会被识别为有效唤醒帧，接收控制字段后，TJA1145x/FD将忽略后续总线信号，直到再次检测到空闲状态。

5.3 CAN部分网络配置寄存器

为配置CAN部分网络，提供了专用寄存器，如数据速率寄存器、ID寄存器、ID掩码寄存器、帧控制寄存器和数据掩码寄存器等，这些寄存器可用于设置CAN数据速率、唤醒帧的标识符和数据掩码等参数。

六、故障安全特性

6.1 TXD主导超时

当收发器处于活动模式且TXD引脚被强制为低电平时，TXD主导超时定时器启动。若TXD引脚的低电平状态持续时间超过TXD主导超时时间，发射器将被禁用，释放总线线路为隐性状态，防止硬件或软件应用故障导致总线线路永久处于显性状态。

6.2 TXD引脚拉上电阻

TXD引脚具有内部上拉电阻，可确保在引脚浮空时驱动状态为安全的隐性状态。

6.3 VCC欠压事件

当VCC引脚的CAN收发器供电电压低于欠压检测阈值（CMC = 01时），将生成启用的CAN故障中断，同时状态位VCS设置为1。

6.4 BAT引脚电源丢失

BAT引脚电源丢失对总线线路或微控制器无影响，不会有反向电流从总线流出。

七、唤醒与中断事件诊断

7.1 本地唤醒

通过WAKE引脚事件捕获使能寄存器中的WPRE和WPFE位可启用本地唤醒。WAKE引脚的低到高（WPRE = 1）和/或高到低（WPE = 1）转换可触发唤醒事件，为本地唤醒电路设计提供了最大的灵活性。

7.2 唤醒和中断事件诊断

TJA1145的唤醒和中断事件诊断功能旨在为微控制器提供一系列功能和特性的状态信息。这些信息存储在事件状态寄存器中，并通过RXD引脚发出信号（若启用）。区分了常规唤醒事件和中断事件，PO和PNFDE中断始终被捕获，其他事件的唤醒和中断检测可通过事件捕获使能寄存器单独启用或禁用。

7.3 中断/唤醒延迟

为减少频繁的唤醒或中断事件对软件处理时间的影响，TJA1145内置了中断/唤醒延迟定时器。当事件捕获状态位被清除时，RXD引脚释放为高电平并启动定时器。若在定时器运行期间发生其他事件，相关状态位将被设置。定时器到期后，若有一个或多个事件待处理，RXD引脚将再次变为低电平以提醒微控制器。

7.4 睡眠模式保护

在TJA1145切换到睡眠模式时，正确配置事件检测至关重要，以确保其能响应唤醒事件。因此，在切换到睡眠模式之前，必须启用至少一个常规唤醒事件，并清除所有事件状态位，否则TJA1145将响应进入睡眠模式的命令而切换到待机模式。

八、SPI接口

8.1 简介

SPI（Serial Peripheral Interface）为与微控制器的通信提供了链路，支持多从机操作。SPI配置为全双工数据传输，在输入新控制数据时返回状态信息，还提供只读访问选项，允许应用程序在不改变寄存器内容的情况下读取寄存器。SPI使用四个接口信号进行同步和数据传输：SCSN（SPI芯片选择）、SCK（SPI时钟）、SDI（SPI数据输入）和SDO（SPI数据输出）。

8.2 寄存器映射

可寻址的寄存器空间包含128个寄存器，地址从0x00到0x7F。详细介绍了各个寄存器的功能，如模式控制寄存器、主状态寄存器、系统事件使能寄存器等，这些寄存器用于控制TJA1145的工作模式、监测状态和配置各种功能。

8.3 寄存器配置

在TJA1145从一种工作模式切换到另一种工作模式时，一些寄存器位可能会自动改变状态，特别是在切换到关闭模式或因欠压事件强制切换到睡眠模式时。文档详细列出了不同工作模式下各个寄存器位的设置情况。

九、应用与测试

9.1 应用信息

提供了典型应用图，展示了TJA1145在实际应用中的连接方式。对于总线线路终端节点，建议使用60 Ω的电阻进行“拆分终端概念”；对于子节点，可根据OEM要求使用可选的“弱”终端电阻，如1.3 kΩ。同时，还可参考NXP的应用提示文档TR1309获取更多应用信息。

9.2 测试信息

给出了CAN收发器的定时测试电路和测量收发器驱动对称性的测试电路，为产品的测试和验证提供了依据。该产品已通过汽车电子委员会（AEC）标准Q100 Rev - G的认证，适用于汽车应用。

十、封装与焊接

10.1 封装

TJA1145提供SO14和HVSON14两种封装形式，并详细给出了两种封装的尺寸和相关参数。

10.2 焊接

介绍了SMD封装的焊接方法，包括波峰焊和回流焊。波峰焊适